一种用于热点抑制的多相耦合相变传热装置的制作方法

1.本发明属于电子设备散热技术领域。


背景技术：

2.随着散热技术的不断发展，电子设备不再仅仅需要控制其最高温度，其对温度均匀性也提出了更高的要求。尤其对于雷达、微波探测装置等均温性要求高的设备，其探测精度的等级随着温度梯度的降低能够得到较大的提升。近年来，以热管为代表的汽液相变换热技术因为其高均温性和高热导率得到了广泛的应用，理论上说工质在蒸发器内部吸热后干度增加而温度基本不变，但是在实际工作过程中由于沿程阻力损失与局部阻力损失的影响，沿散热段流体的压头减小，所产生的压差将引起温度差，随着温度的升高局部区域会产生过热蒸汽并聚集，从而造成该区域温度升高形成热点，降低蒸发器的均温性能。
3.此外，大多芯片的待机发热量低而运行时发热量大，瞬间温升快，会形成热冲击，瞬态的热冲击会造成局部区域工质快速汽化，大量蒸汽不能及时排散，聚集在热点处，造成温度进一步升高，形成恶性循环，从而降低器件的性能与使用寿命。
4.对于具有高热流密度的器件而言，其表面更容易形成热点，造成温度不均。研究人员对适用于高热流密度器件的散热装置进行了很多研究，文献1(于新刚；徐侃；苗建印；满广龙；陈灵；王德伟.一种用于高热流电子器件散热的泵驱两相回路装置cn107454797b)提出了一种用于高热流电子器件散热的泵驱两相回路装置，利用工质在循环流动过程中的蒸发吸热和冷凝放热过程，进行热量收集和输运，采用的蒸发器中包括微槽道和翅片，在高热流区域采用微槽道散热，增大局部区域的换热系数，在低热流区域采用翅片扇热，由于蒸发器中微槽道区域和翅片区域的面积差异大，微槽道中工质进入翅片区域时由于体积迅速膨胀，工质温度降低，有利于翅片区域的器件散热。该发明采用不同的结构搭配利用较小的资源代价解决了功率高低不同的器件的散热问题，但是未涉及抑制热点，提升均温性能的方法，对于均温性要求较高或者具有瞬态热冲击的电子设备，装置蒸发器内部没有能够及时排散瞬时形成的大量蒸汽的空间，会形成局部热点，造成温度不均。文献2(张嘉杰；阴继翔；马素霞；王磊.一种阵列射流、固液相变相耦合的电子器件散热方法cn107567247b)提出了一种阵列射流、固液相变相耦合的电子器件散热方法，目的在于解决大功率电子器件高热流密度散热问题，实施所述方法的结构为阵列射流结构；实施所述方法的流动工质为相变纳胶囊悬浮液，相变纳胶囊悬浮液与目标物发生热交换，实现对目标物的温度控制。本发明将相变纳胶囊悬浮液用于浸没式阵列射流冲击换热，其中相变囊芯的固液相变换热以及纳胶囊颗粒的扰流作用可明显提高阵列射流的换热性能，实现对高热流密度条件下目标物的散热需求，但是该发明对于具有不同热流密度的电子器件同样没有涉及抑制热点，提升均温性能的方法，不满足电子器件高均温性需求。文献3(林俊宏.均温板和热管组合结构及其组合方法cn107664452a)提出了均温板和热管组合结构及其组合方法，利用热管和均温板的穿设连接和固定，连接热管和均温板内部毛细结构，提升液态工作流体的回流速度，但是该发明未针对局部热点提出抑制其温度的方法，仍然会有蒸汽聚集在局部热点区域，降低
其均温性。


技术实现要素：

5.为解决电子设备局部热点温度高，均温性需求无法满足的问题，本发明提出了一种用于热点抑制的多相耦合相变传热装置，通过汽液相变和固液相变耦合技术提升电子设备均温性，抑制具有瞬态热冲击的电子设备的温升。
6.为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
7.一种用于热点抑制的多相耦合相变传热装置，包括：壳体1、导热骨架2、汽液相变层3、固液相变层4、流道5；所述导热骨架2内部为中空结构，且与流道5联通，导热骨架2竖直分布在固液相变层4；所述汽液相变层3底部与热源贴合，上部为固液相变层4；所述流道5包括微通道6和限制挡板7。
8.进一步的，所述导热骨架2内部中空结构表面具有疏水涂层。
9.进一步的，所述流道5内部工质吸收热量发生相变，形成的两相状态的工质在外力驱动下通过出口离开流道5；当局部热点温度过高时，流道5内部对应处换热加剧，蒸汽生成速率增加，聚集的蒸汽在浮升力作用下进入导热骨架2中空结构，通过导热骨架2将热量释放至外部固液相变层4，蒸汽冷凝为液体在重力作用下回流到局部热点继续吸收热量。
10.进一步的，所述汽液相变层3内部工质相变温度可通过外部冷源控制，固液相变层4内部工质相变温度点高于汽液相变层3工质相变温度2℃，普通运行状态下汽液相变层3工作，在有局部热点或瞬态热冲击运行状态下，固液相变层4同时参与工作。
11.进一步的，所述流道5为蛇形水道，可保证工质与每一处热源进行换热；蛇形水道内部微通道6可以强化工质和热源之间的换热；蛇形水道内部的限制挡板7可保证更多的工质流经局部热点。
12.本发明与现有技术相比，其显著优点：
13.(1)本发明的用于热点抑制的多相耦合相变传热装置将局部高热流热点的热量通过汽液相变层吸收，部分热量传递至汽液相变层低温区，部分热量通过中空导热骨架传递至固液相变层，相比现有技术可以进一步提升汽液相变层的均温性能，降低电子设备局部热点温度。
14.(2)本发明的用于热点抑制的多相耦合相变传热装置对于具有瞬态热冲击的电子设备不但可以将热量传递至距离热源较近的汽液相变层和固液相变层内部工质，还可以通过导热骨架将热量传递至距离热源较远的固液相变层内部工质，可以通过汽液相变将热量从横向和纵向两个维度上更快地传递至固液相变层，相比现有技术只是从纵向一个维度上进行热传递，可以对具有瞬态热冲击的电子设备进行更快响应。
15.下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
16.图1是本发明实施例结构示意图。
17.图2是本发明实施例汽液相变层内部流道结构示意图。
18.图3是本发明实施例固液相变层内部结构示意图。
19.其中，1、壳体；2、导热骨架；3、汽液相变层；4、固液相变层；5、流道；6、微通道；7、限
制挡板。
具体实施方式
20.为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
21.结合图1、图2、图3，本发明的实施例包括壳体1、导热骨架2、汽液相变层3、固液相变层4、流道5；所述导热骨架2内部为中空结构，且与流道5联通，导热骨架2竖直分布在固液相变层4；所述汽液相变层3底部与热源贴合，上部为固液相变层4；所述流道5包括微通道6和限制挡板7。
22.优选的，导热骨架2内部中空结构表面具有疏水涂层。
23.优选的，流道5内部工质吸收热量发生相变，形成的两相状态的工质在驱动下离开流道5；当局部热点温度过高时，流道5内部对应处换热加剧，蒸汽生成速率增加，聚集的蒸汽在浮升力作用下进入导热骨架2中空结构，通过导热骨架2将热量释放至外部固液相变层4，蒸汽冷凝为液体在重力作用下回流到局部热点继续吸收热量，从而可以有效消除局部热点，提升装置的均温性能。
24.优选的，汽液相变层3内部工质相变温度可通过外部冷源控制，固液相变层4内部工质相变温度点高于汽液相变层3工质相变温度2℃，普通运行状态下汽液相变层3工作，在有局部热点或瞬态热冲击运行状态下，固液相变层4同时参与工作。
25.结合图2，优选流道5为蛇形水道，可保证工质与每一处热源进行换热；蛇形水道内部微通道6可以强化工质和热源之间的换热；蛇形水道内部的限制挡板7可保证更多的工质流经局部热点。
26.在一些实施方式中，所述导热骨架2外表面安装有翅片。
27.在一些实施方式中，所述壳体1外表面安装有翅片。
28.在一些实施方式中，所述导热骨架2内表面具有毛细结构，可以将冷凝后的液体工质更快抽吸到局部热点处。
29.在一些实施方式中，所述汽液相变层3内部为r124、r134a、r245fa等制冷剂。
30.在一些实施方式中，所述固液相变层4内部为石蜡、结晶水合盐、石墨烯基相变储能复合材料等。
31.壳体长度为50-200mm，宽度为50-200mm，厚度为2-5mm，汽液相变层厚度为5-15mm，固液相变层厚度为5-50mm，导热骨架外径为5-10mm，内径为3-8mm，汽液相变层相变温度点为40-60℃，固液相变层相变温度点为42-62℃。